4流化床反应器内部构件的选择及参数的确定.doc

3.2.4流化床反响器内部构件的选择及参数确实定〔一〕气体分布板的计算和预分布器的选择气体分布板位于流化床底部，是保证流化床具有良好而稳定流态化的重要构件，它的作用是支承床层 上的催化剂或者其他固体颗粒；具有均匀分布气流的作用，造成良好的起始流化条件；可抑制气固系统恶 性的聚式流态化，有利于保证床层稳定分布板对整个流化床的直接作用范围仅为 0.2-0.3m,然而他对整个床层流态化状态却具有决定性的影响在生产过程中常会由于分布板设计不合理，气体分布不均匀，造 成沟流和死区等异常现象1 .分布板的形式和结构工业生产用的气体分布板的型式很多，主要有：直孔型、直流型、侧流型、密孔型、填充型、短管式 分布板以及多管式气流分布器等，而每一种型式又有多种不同的结构〔1〕直孔型分布板包括直孔筛分布板、凹形筛孔分布板和直孔泡帽分布板，如下列图 3-17所示：〔a〕直孔式分布板 〔b〕凹型分布板 〔c〕直孔泡帽分布板图3-17 直流式分布板〔2〕直流型分布板直流型分布板结构简单，易于设计制造这种型式的分布板，由于气流正对床层，易产生沟流和气体 分布不均匀的现象，流化质量较差小孔容易堵塞，停车时又容易漏料，所以一般在单层流化床和多层流 化床的第一层不采用这种型式。

新型流化催化裂化反响器，因为催化剂颗粒与气流同时通过分布板，故采 用凹形筛孔分布板〔3〕侧流型分布板侧流型分布板如下列图 3-18所示，这种分布板有多种型式， 有条件侧缝分布板、锥形侧缝分布板、锥形 侧孔分布板、泡帽侧孔分布板等其中锥形侧缝分布板是目前公认较好的一种，现已为流化床反响器广泛 采用他是在分布板孔中装有锥形风帽，气流从锥帽底部的侧缝或锥帽四周的侧孔流出，因其不会在顶部 形成小的死区，气体紧贴分布板吹出，不致使板面温度过高，防止发生烧结和分布板磨蚀现象，防止了直 孔型分布板的特点锥帽是浇铸并经车床简单加工做成的，故施工、安装、检修都比拟方便T —1-_〔a〕条型侧缝分布板〔b〕锥型侧缝分布板〔c〕锥型侧孔分布板〔d〕泡帽侧缝分布板〔e〕泡帽侧孔分布板 图3-18 侧流式分布板无分布板的旋流式喷嘴气体通过六个方向上倾斜 10的喷嘴喷出，托起颗粒，使颗粒剧烈搅动中部的二次空气喷嘴均偏离径向 20°〜25°,造成了向上旋转的气流这种流态化方式一般应用于对气体产品要求不严的粗粒流态化床中/ IFtl图3-19 无分布板的旋流式喷嘴(4)密孔型分布板密孔型分布板又称烧结板，被认为是气体分布均匀、初生气泡细小、流态化质量最好的一种分布板。

但因易被堵塞，并且堵塞后不易排出，加上造价较高，所以工业中较少使用5)填充式分布板填充式分布板是在多孔板和金属丝网上间隔地铺上石英砂、卵石，再用金属丝网压紧其结构简单， 制造容易，并能到达均匀分布气体的要求，流态化质量较好但在操作过程中，固体颗粒一旦进入填充层 就很难被吹出，容易造成烧结另外经过长期使用后，填充层常有松动，造成移位，降低了布气的均匀程 度卵石1石英学一索孔版 或碌柜图3-20 填充式分布板(6)短管式分布板短管式分布板是在整个分布板上均匀设置了假设干根短管，每根短管下部有一个气体流入的小孔孔径为9-10mm,约为管径的1/4-1/3,开孔率约为 0.2%短管长度为 200mm短管及其下部的小孔可以防止 气体涡流，有利于均匀布气，使流化床操作稳定■图3-21 短管式分布板(7)多管式气流分布板器图3-22 多管式气流分布器多管式气流分布板器是近年来开展起来的一种新型分布器，由一个主管和假设干带喷射管的支管组成， 由于气体向下射出，可消除床层死区，也不存在固体泄漏问题，并且可以根据工艺要求设计成均匀布气或 非均匀布气的结构另外分布器本身不同时支撑床层，可做成薄型结构选择和确定分布板型式，首先应考虑的是要有较好的流化质量，对于高温反响，还应注意分布板的材 料和结构的选择，尽量防止高温变形影响气流分布，同时其压降要小，在操作过程中不易被堵塞和磨蚀。

2 .分布板开孔率的计算卬〞表示，假设流化床总压降不随气分布板开孔率是指板上布孔的截面积与流化床床层截面积之比，以 速而变化，对应的开孔率称作临界开孔率分布板开孔率的大小，直接影响流化质量、气体的压力降以及过程操作的稳定性 定义」播骷100%F /P B Cg D Ef / jT -—XA0 igu图3-23 分布板总压降与流速的关系如果分布板开孔率超过一定值后， 总压降将随流速的增加而减小， 总压降减小到一定数值后又会上升,如图ADE线所示这是因为在流化初期，分布板压降随流速增加而增加的值抵消不了床层压降随流速增 加而减小的值，所以当流速到达一定数值后，总压降又会上升这种能使总压降具有极小点的大开孔率分 布板，称为低压降分布板假设减小分布板的开孔率，那么可使系统总压降一直随流速增加而上升，并不出现极小值，这种分布板称 为高压降分布板在上述两种开孔率之间，存在着一个值，此时总压降不随气速而变化，此开孔率称为临界开孔率，以P 〞表示，如图3-23中ABC线所示或能否保持床层良好的稳定流化条件，取决于分布板上流化床层的状态分布板的阻力只有大于分 布板上继续保持均匀布气所消耗的阻力，才能克服不稳定的聚式流态化，使已经建立起来的良好的起始流 化条件稳定地保持下去。

否那么，床层中布气不均，将引起床层流速局部增大，以致相互影响最后使床层形 成严重的沟流，破坏了操作的稳定性所以，一般不宜采用低压降 〔即开孔率过大〕分布板但压降过大〔即开孔率过小〕，将无益地消耗动力，经济上不合理 因此，最经济最合理的分布板是具有临界开孔率的分布板确定开孔率，实际上就是决定分布板压力降 APd的大小两者密切相关，其关系式定义为："d 二:fU022；2(3-30)式中：匚分布板阻力系数，其值为 1.5-2.5,对于锥帽侧缝分布板，取 2.0①分布气临界压力降： APdc =分布板阻力损失+气流重排阻力损失/ // // // "：山2+A% =100% +A% =101 〔3-31〕2②稳定性临界压力降：APdc.s =10%" 〔3-32〕计算结果比拟：压力降取大值，开孔率取小值，然后由〔 3-30〕求邛概念：a：临界压力降，分布板即能起均匀布气，又能使床层具有良好的稳定性的最小压降；b:稳定性临界压力降，分布板阻力大于分布板上继续保持均匀布气所消耗的阻力，才能保持床层良 好的稳定流化条件，克服不稳定聚式或流态化；c：布气临界压力降，布气均匀对分布板压力降的要求，由气体在分布板前的流型决定，其大小与预 分布器有关。

布气均匀与良好稳定性对分布板压力降要求，不仅数值有差异，而且本质也不同目前，国内流化床反响器分布板开孔率多取 0.4%-1.4%参见下表3-5表3-5 一些工业流化床催化反响器的开孔率厂 品开孔率/%备 注丁烯氧化脱氢1 A锥帽以直孔计异戊二烯1.42.87凹形板，循环流化石油催化裂化〔再生器〕0.46凹形板，循环流化苯醉0.48以中心管开孔计苯醉1.25以中心管开孔计苯醉1.12以中心管开孔计三氯氢硅1.3以中心管开孔计〔4〕间距和数目开孔排列多为三角形、同心圆等，开孔间距为帽径的 1.5倍左右，开孔的数目按照下面公式计算:D数目： n =邛1一 〔3-35〕dd其中：n-为开孔数目，df中心管直径3 .气体预分布器的选择分布板前气体的引入状态对均匀布气起重要的作用一般都在气体进入流化床反响器锥底前先通过预分布器，然后进入分布板，以防气流直冲分布板，影响均匀布气常用气体预分布器的结构型式见下列图 3-24〔a〕弯管式 〔b〕同心圆壳式 〔c〕帽式 〔d〕充填式 〔e〕开口式图3-24 气体预分布器〔二〕挡板和挡网结构参数确实定气固相催化反响在流化床中进行，对保持恒温反响、强化传热以及催化剂的连续再生等都具有独特的 优点。

但由于固体颗粒不但运动，使气体返混，再加上生成的气泡不断长大以及颗粒密集的原因，造成气 固接触不良和气体的短路，并且随着设备直径的增大，情况更加恶化，降低了反响的转化率，而这也成为 流化床反响器的严重缺点为了提高流化床反响器的转化率，提高反响器的生产能力，必须增强气泡和连续相间的气体交换，减 少气体返混，使气泡破碎以便增加气固相间接触实践证明，在床内设置内部构件是目前改善流化床操作 的重要方法之一内部构件有垂直内部构件〔如在床层中均匀配置直立的换热器〕 和水平内部构件〔如栅格、波纹挡板、多孔板或换热管，而最常用的是挡板和档网〕 1 .斜片挡板的结构与特性工业上采用的百叶窗式斜片挡板分为单旋导向挡板和多旋导向挡板两种 在气速较低的流化床层，采用挡板或档网的效果差异不大由于挡板的导向作用使气固两相剧烈搅动，催化剂的磨损较大，故在气速低而催化剂强度不高时，一 般多采用挡网，反之那么采用挡板〔1〕单旋导向挡板单旋导向挡板使气流只有一个旋转中心，随着斜片倾斜方向不同，气流分别产生向心和离心两种旋转 方向向心斜片使粒子的分布为床中心稀而近壁处浓离心斜片使粒子的分布为在半径的二分之一处浓度 小，床中心和近壁处浓度大。

因此，单旋挡板使粒子在床层中分布不均匀，这种现象对于较大床径更为显 著为解决这一问题，在大直径流化床中都采用多旋导向挡板〔a〕内旋挡板 〔b〕外旋挡板图3-25 单旋导向挡板 图3-26 多旋导向挡板〔2〕多旋导向挡板由于气流通过多旋导向挡板后产生几个旋转中心，使气固两相充分接触与混合，并使粒子的径向浓度 分布趋于均匀，因而提高了反响转化率但是，由于多旋导向挡板较大的限制了催化剂的轴向混合，因而 增大了床层的轴向温度差同时，多旋导向挡板结构复杂，加工不便2 .挡板和档网的结构参数挡板和挡网的主要结构参数有挡板斜片的尺寸，挡板或挡网的直径，挡板或挡网的间距及配置等实 践证明，只有正确选择这些参数，才能发挥挡板或挡网的作用1)挡板和挡网的的结构尺寸斜片挡板的叶片厚度应能保证一定强度和满足加工方便的要求，一般取 2-6mm；叶片的倾角在生产上一般采用 目前多采用45 o倾角过小，叶片上会发生积料，在高温时导致烧结，还会使阻力增大；倾角过大，会削弱挡板的导向作用叶片高度应根据生产要求恰当的选择，根据床径大小不同，叶片宽度一般选择为 350皿1，相应的叶片图度h为2021sm2叶片间距a对床屋阻力、轴向温度等都有影响，一般使前一片上端投影与后一片的下端刚好重合或稍 微错开些，这样效果会更好。

如用挡网，网眼通常为 15mm/15mm或25mm/25mm ,丝网直径为 3.0,3.5mm2)挡板和档网直径、间距 … …挡板和挡网在流化床中既有有利的作用，又有不利的影响它能阻止颗粒的纵向混合，使颗粒沿床层 的高度产生分级，轴向温度差增大，恶化了流化质量为了解决这一问题，可以将挡板、挡网的直径设计 得比反响器的内径小一些，从而在床壁与挡板间留出环隙空道，使颗粒得以上下循环混合但如果环隙量 过大，便颗粒轴向循环量过大，会引起反响推动力降低和发生二次反响，而且容易造成气流短路可见，环隙的大小，影响颗粒的轴向循环量及流化质量挡板比挡网的分级作用强，易造成轴向温度 差过大，故挡板环隙量宜略大于挡网目前，我国工业生产中所采用的环隙为 10〜50mm一些工厂流化。